皮科斯德欧罗巴（西班牙北部坎塔布连山脉）地区的非地震性上地壳：通过环境噪声层析成像技术揭示阿尔卑斯山块体的瓦里斯克构造特征

《Tectonophysics》：Aseismic upper crust in Picos de Europa (Cantabrian Mountains, N Spain): Variscan structure of an Alpine massif from ambient noise tomography

　　

C. López-Fernández|J. Acevedo|G. Fernández-Viejo|S. Llana-Fúnez|M. Gutiérrez-Medina|J.M. González-Cortina

奥维耶多大学地质系，C/ Jesús Arias de Velasco s/n, 33005 奥维耶多，西班牙

摘要

Picos de Europa 是坎塔布连山脉（位于伊比利亚半岛北部沿海的一条阿尔卑斯型山脉带）中最高的山体。该山体形成于一个范围更广的阿尔卑斯造山带之上，在该造山带中地壳厚度局部超过45公里。为了更深入地了解该山体下方地壳的内部结构，我们建立了一个由10个宽频地震台站组成的便携式地震监测网络。对记录期间地震事件的分析进一步证实了早期观察结果：Picos de Europa是一个非常安静的地区，基本上没有地震活动，这与其西侧相邻的地壳形成鲜明对比（这两个区域同属坎塔布连山脉）。通过对完整地震记录的环境噪声干涉测量分析，我们获得了有关地壳前阿尔卑斯结构的一些信息，在研究区域的北部和西部边界处发现5–6公里深度存在明显的S波速度差异。这一地球物理边界在地质剖面和深层地球物理剖面中与瓦里斯坎造山前缘褶皱-推覆带的基底推覆位置一致。

在研究区域的中部和东南部，5–8公里深度范围内的层析成像结果显示出一个朝向西北方向的低剪切波速度体，该体与伊比利亚-阿莫里卡岛弧的轴线对齐，这是瓦里斯坎造山作用晚期形成的一个大型造山构造。这一低速区域的地震特征被解释为厚层的瓦里斯坎纪同构造沉积物，这有助于解释该区域地壳相对安静的特性，与其西侧更为刚性且地震活动更规律的结晶地壳形成对比。

引言

地表地质学提供了关于地壳顶部几公里内部结构的信息，不过随着深度的增加，这种信息的准确性会降低。间接地球物理观测方法（如深部地震反射剖面成像）可以提供地壳和上地幔更深层次的结构信息，这些结构与不同地质体之间的声学阻抗变化直接相关。通常，这些技术需要主动震源来照亮地质体及其边界结构，但在某些地区，由于环境限制、资金限制以及在受限或保护区获取许可的难度，实施这些技术可能具有挑战性。

在这里，我们结合了两种被动地震技术来获取地壳顶部结构的三维数据，从而规避了使用主动震源所带来的困难：1）环境噪声层析成像；2）微地震监测与分析。研究区域是Picos de Europa山体，该山体于1918年成为西班牙第一个国家公园。该山体是伊比利亚北部一条沿海岸线分布的阿尔卑斯山脉的一部分，属于非碰撞型造山带，与比利牛斯山脉在地理上相连，但在地壳结构上有所不同（图1a, b）。

在本文中，我们展示了2023年在Picos de Europa山体部署的临时地震网络六个月期间的研究成果（图1b）。该网络由10个配备宽频地震检波器的台站组成，台站之间的间距为16公里，该地区之前被记录为地震活动非常稀少的区域（例如，López-Fernández等人，2018年）。

从地质学角度来看，该区域受到瓦里斯坎造山运动的强烈影响（例如，Pérez-Estaún等人，1991年），同时在较小程度上也受到中生代伸展作用和新生代汇聚作用的影响（例如，Alonso等人，1996年；Cadenas和Fernández-Viejo，2017年；Teixell等人，2018年）（图1a）。研究区域涵盖了瓦里斯坎造山带褶皱-推覆带内的部分构造单元，特别是造山楔的前缘部分，直接位于所谓的Pisuerga-Carrión单元的瓦里斯坎前陆盆地沉积物之上（Pérez-Estaún等人，1988年；Rodríguez Fernández和Heredia，1990年；Alonso等人，2009年）（图2）。

一个预期的结果是，随着低震级地震事件的纳入，与地壳运动相关的能量分布会更加均匀。然而，在地震活动较低的情况下，这种情况反而带来了额外的优势，因为它能够检测到处于应力状态的地质体，并可能推断出有关这些地质体性质的信息。环境噪声分析在Picos de Europa地区已被证明是有效的，它有助于识别具有相似声学特性的大型地质体及其边界结构（例如，Acevedo等人，2022年），检测地壳顶部的地震各向异性（例如，Acevedo等人，2019年），甚至改进莫霍面不连续面的定位（例如，Fernández-Viejo等人，2021年）。在这方面，现有的地表地质知识为解释环境噪声层析成像和地震活动分布提供了重要支持。

节选内容

坎塔布连山脉的区域构造背景和地壳结构

在古新世期间，欧洲和非洲的边界位于伊比利亚半岛以北（Roest和Srivastava，1991年），这导致了比利牛斯山脉的形成，其中涉及两侧的大陆地壳；而坎塔布连山脉则是在南部涉及大陆地壳，西部和北部涉及超拉伸或海洋地壳（Cadenas等人，2018年；Teixell等人，2018年）。

临时本地地震网络由10个台站组成（FDSN XW (2023–2023)，doi:https://doi.org/10.7914/mwh1/s689），于2023年7月部署，连续记录了六个月的数据。所使用的全部设备包括Nanometrics Taurus Digital便携式地震仪（配备24位高分辨率三通道数字化器）和三组分宽频Nanometrics Trillium 120P传感器。每个台站由12伏电池供电。该网络的平均记录周期为

地震事件的数据处理使用了SEISAN软件包（Havskov和Ottem?ller，1999年；Havskov等人，2020年）。各台站持续记录数据，每小时每个分量产生1个原始文件。通过短时平均/长时平均（STA/LTA）算法（STA长度=0.3秒；LTA长度=60秒；最小触发持续时间=1.5秒；最小触发间隔=15秒；带通滤波器=2–16赫兹）来检测连续记录中的事件。

伊比利亚半岛的西北角被认为是一个地震活动相对较少的板块内地带（López-Fernández等人，2004年；Martínez-Díaz等人，2006年；Custodio等人，2015年），因为它距离目前活跃的伊比利亚-非洲板块边界有数百公里远。然而，尤其是在最西端和海底大陆边缘持续存在的低震级地震活动，促使研究人员在该地区部署了临时地震监测网络。

将Picos de Europa山体的本地地震网络数据和环境噪声层析成像结果相结合，揭示了坎塔布连山脉地壳顶部的关键特征。该地区的地震活动极为罕见，进一步证实了该地区基本上没有地震活动的特点。Picos de Europa山体西侧的地壳强度存在显著差异：西侧是坚硬的结晶质瓦里斯坎地壳，而东侧则是厚达10多公里的低速前陆盆地沉积层。

C. López-Fernández：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、方法论设计、资金筹集、数据管理、概念构建。J. Acevedo：撰写——审稿与编辑、方法论设计、研究实施、数据管理。G. Fernández-Viejo：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、监督工作、研究实施、资金筹集、数据管理、概念构建。S. Llana-Fúnez：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、监督工作。

《西北部和中西部伊比利亚半岛的地震活动与潜在活跃断层》，2026年

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究工作的财务利益或个人关系。

本研究得到了西班牙经济产业部（项目编号：MCIU-22-Pid2021-123116NB-100）和阿斯图里亚斯政府（项目编号：SV_PS-21-AYUD/2021/51766）的支持。